[发明专利]地面变质心零重力模拟装置及模拟方法

说明书

地面变质心零重力模拟装置及模拟方法,解决了现有微重力模拟装置影响太空装置性能的问题，属于太空的地面零重力模拟领域。本发明基座上放置球形气浮轴承座；球形气浮轴承座支撑球形气浮轴承转子，在中平台与球形气浮轴承转子之间形成一层气膜，使中平台气浮起来；中平台、下平台、Z方向运动模组、直线模组固定平台、XY方向运动模组、上平台依次从下至上连接；质心敏感元件和机械臂连杆设置在上平台上；控制器根据质心敏感元件检测到的质心的变化，控制XY方向运动模组、Z方向运动模组及球形气浮轴承转子喷气，使所述一体件的质心移动至球形气浮轴承转子的中心，实现质心调节。

技术领域

本发明涉及太空的地面零重力模拟领域，具体涉及一种应用于太空变质心装置的地面变质心零重力模拟装置及模拟方法。

背景技术

随着航天技术的不断发展，人类可以在太空中实现的任务更加多样化，操作设备也更加大型化，复杂化，可伸缩化。在对大型可变型的太空装置如空间站连接一个空间机械臂进行控制时，需要考虑到当机械臂运动时会导致整个太空装置的质心发生变化，质心发生变化意味着各个子体之间的坐标转换关系发生了变化，此时如果使用以前的坐标转换关系将导致控制发生偏差，可能会导致空间任务失败，甚至会导致该太空装置受损。

因为直接进行太空实验成本过大，因此在研究太空装置的运动时，目前主流方法为选择在地面使用零重力模拟装置进行实验。

在零重力模拟装置上进行太空装置的模拟实验时，太空装置的变形运动，会导致整个太空装置的质心发生变化，而微重力模拟的关键在于在被模拟的太空装置的质心处施加一个和装置重力等大反向的力，从而抵消重力，为太空装置提供一个模拟的微重力环境。目前传统的方法为在太空装置上添加两套正交放置的滑轨与质量块，通过滑块在滑轨上的移动，可以调整太空装置的质心，但是这种方式会使整个太空装置增加额外的负载，可能会导致太空装置性能下降，同时这种方法改变了太空装置本体的质心，这对太空装置的本体质量特性会产生影响。

发明内容

针对现有微重力模拟装置影响太空装置性能的问题，本发明提供一种地面变质心零重力模拟装置及模拟方法。

本发明的一种地面变质心零重力模拟装置及模拟方法，所述装置包括基座1、下平台2、球形气浮轴承座3、球形气浮轴承转子24、中平台5、Z方向运动模组、直线模组固定平台25、XY方向运动模组、上平台17、质心敏感元件18、机械臂连杆和控制器；

球形气浮轴承座3固定在基座1上，球形气浮轴承转子24设置在球形气浮轴承座3上，中平台5位于球形气浮轴承转子24上方，中平台5与球形气浮轴承转子24之间能够形成气浮；

下平台2位于中平台5的下方，下平台2与中平台5通过支撑杆23固定连接，Z方向运动模组设置在下平台2上，直线模组固定平台25设置在Z方向运动模组上，Z方向运动模组用于带动直线模组固定平台25在竖直方向运动；

XY方向运动模组设置在直线模组固定平台25上，上平台17设置在XY方向运动模组上，XY方向运动模组用于带动上平台17在水平面上运动；

质心敏感元件18和机械臂连杆设置在上平台17上，为一体件；

质心敏感元件18的信号输出端与控制器的信号输入端连接，控制器的X、Y方向运动控制信号输出端与XY方向运动模组的X、Y方向运动控制信号输入端连接；

控制器的Z方向运动控制信号输出端与Z方向运动模组的Z方向运动控制信号输入端连接；控制器的喷气控制信号输出端与球形气浮轴承转子24的喷气控制信号输入端连接。

在模拟过程中，控制器根据质心敏感元件18检测到的质心的变化，控制XY方向运动模组、Z方向运动模组及球形气浮轴承转子24喷气，使所述一体件的质心移动至球形气浮轴承转子24的中心，实现质心调节。

作为优选，所述机械臂连杆包括第一段连杆19、第二段连杆20、第三段连杆30和第四段连杆29；